一文带你了解Java中synchronized原理

今天给大家分享的是Java中 synchronized 的基本原理 

清风的CSDN博客

️️️希望我的文章能对你有所帮助，有不足的地方还请各位看官多多指教，大家一起学习交流！

✈️✈️✈️动动你们发财的小手，点点关注点点赞！在此谢过啦！哈哈哈！

目录

一、synchronized 基本特点 

二、加锁工作过程 

2.1 偏向锁 

2.2 轻量级锁 

2.3 重量级锁 

 三、其他的优化操作

3.1 锁消除 

3.2 锁粗化 

---

一、synchronized 基本特点 

结合上篇文章给大家分享的锁策略 , 我们就可以总结出 , Synchronized 具有以下特性 ( 只考虑 JDK 1.8)。

• 开始时是乐观锁, 如果锁冲突频繁, 就转换为悲观锁
• 开始是轻量级锁实现, 如果锁被持有的时间较长, 就转换成重量级锁
• 实现轻量级锁的时候大概率用到的自旋锁策略
• 是一种不公平锁
• 是一种可重入锁
• 不是读写锁

二、加锁工作过程 

JVM 将 synchronized 锁分为 无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁 状态。会根据情况，进行依次升级。 

2.1 偏向锁 

第一个尝试加锁的线程 , 优先进入偏向锁状态。

• 偏向锁不是真的 "加锁", 只是给对象头中做一个 "偏向锁的标记", 记录这个锁属于哪个线程
• 如果后续没有其他线程来竞争该锁, 那么就不用进行其他同步操作了(避免了加锁解锁的开销)
• 如果后续有其他线程来竞争该锁(刚才已经在锁对象中记录了当前锁属于哪个线程了, 很容易识别当前申请锁的线程是不是之前记录的线程), 那就取消原来的偏向锁状态, 进入一般的轻量级锁状态。
• 偏向锁本质上相当于 "延迟加锁"， 能不加锁就不加锁, 尽量来避免不必要的加锁开销。
  但是该做的标记还是得做的, 否则无法区分何时需要真正加锁。

举个例子理解偏向锁：

假设男主是一个锁, 女主是一个线程。如果只有这一个线程来使用这个锁, 那么男主女主即使不领证结婚(避免了高成本操作), 也可以一直幸福的生活下去。

但是女配出现了, 也尝试竞争男主, 此时不管领证结婚这个操作成本多高, 女主也势必要把这个动作完成了, 让女配死心。

2.2 轻量级锁 

随着其他线程进入竞争 , 偏向锁状态被消除 , 进入轻量级锁状态 ( 自适应的自旋锁 )。此处的轻量级锁就是通过 CAS(后面我会给大家详细介绍)  来实现。

• 通过 CAS 检查并更新一块内存 (比如 null => 该线程引用)
• 如果更新成功, 则认为加锁成功
• 如果更新失败, 则认为锁被占用, 继续自旋式的等待(并不放弃 CPU)

自旋操作是一直让 CPU 空转, 比较浪费 CPU 资源。因此此处的自旋不会一直持续进行, 而是达到一定的时间/重试次数, 就不再自旋了。也就是所谓的 "自适应"。

2.3 重量级锁 

如果竞争进一步激烈 , 自旋不能快速获取到锁状态 , 就会膨胀为重量级锁，此处的重量级锁就是指用到内核提供的 mutex 。

• 执行加锁操作, 先进入内核态
• 在内核态判定当前锁是否已经被占用
• 如果该锁没有占用, 则加锁成功, 并切换回用户态
• 如果该锁被占用, 则加锁失败， 此时线程进入锁的等待队列, 挂起等待被操作系统唤醒
• 经历了一系列的沧海桑田, 这个锁被其他线程释放了, 操作系统也想起了这个挂起的线程, 于是唤醒这个线程, 尝试重新获取锁

 三、其他的优化操作

3.1 锁消除 

编译器+JVM 判断锁是否可消除，如果可以, 就直接消除。什么是 "锁消除" ？

 有些应用程序的代码中, 用到了 synchronized, 但其实没有在多线程环境下，(例如 StringBuffer)

StringBuffer sb = new StringBuffer();
sb.append("a");
sb.append("b");
sb.append("c");
sb.append("d");

此时每个 append 的调用都会涉及加锁和解锁，但如果只是在单线程中执行这个代码, 那么这些加

锁解锁操作是没有必要的, 白白浪费了一些资源开销。

3.2 锁粗化 

一段逻辑中如果出现多次加锁解锁 , 编译器 + JVM 会自动进行锁的粗化。

锁的粒度: 粗和细

实际开发过程中, 使用细粒度锁, 是期望释放锁的时候其他线程能使用锁。但是实际上可能并没有其他线程来抢占这个锁，这种情况 JVM 就会自动把锁粗化, 避免频繁申请释放锁。

举个例子理解锁粗化：

滑稽老哥当了领导, 给下属交代工作任务:

方式一:

• 打电话, 交代任务1, 挂电话
• 打电话, 交代任务2, 挂电话
• 打电话, 交代任务3, 挂电话

方式二:

• 打电话, 交代任务1, 任务2, 任务3, 挂电话

显然, 方式二是更高效的方案。

---

好啦，今天的分享就到这里！

️️️希望各位看官读完文章后，能够有所提升。

创作不易，还希望各位大佬支持一下！

✈️✈️✈️点赞，你的认可是我创作的动力！

⭐⭐⭐收藏，你的青睐是我努力的方向！

✏️✏️✏️评论：你的意见是我进步的财富！